FISICAUNIDAD 4

PRACTICA 3 EFECTO FOTOELECTRICO

FACILITADORA: ALBA MARGARITA LEON LOPEZ

ALUMNO: JOSÉ ALBERTO SÁNCHEZ SÁNCHEZ

MATRICULA: AL12507423

INTRODUCCION El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia: Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo XIX.

El fecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.

El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde Robert Andrews Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y Millikan fueran condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.

Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto fotoeléctrico indica que los fotones luminosos pueden transferir energía a los electrones. Los rayos X (no se sabía la naturaleza de su radiación, de ahí la incógnita "X") son la transformación en un fotón de toda o parte de la energía cinética de un electrón en movimiento. Esto se descubrió casualmente antes de que se dieran a conocer los trabajos de Planck y Einstein (aunque no se comprendió entonces).

MODELO TEORICO Para analizar el efecto fotoeléctrico cuantitativamente utilizando el método derivado por Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:

Energía de un fotón absorbido = Energía necesaria para liberar 1 electrón + energía cinética del electrón emitido.

Algebraicamente:

donde h es la constante de Planck, f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico, Φ es la función trabajo, o mínima energía necesaria para llevar un electrón del nivel de Fermi al exterior del material y Ek es la máxima energía cinética de los electrones que se observa experimentalmente.

Si la energía del fotón (hf) no es mayor que la función de trabajo (Φ), ningún electrón será emitido. Si los fotones de la radiación que inciden sobre el metal tienen una menor energía que la de función de trabajo, los electrones del material no obtienen suficiente energía como para emitirse de la superficie metálica.

En algunos materiales esta ecuación describe el comportamiento del efecto fotoeléctrico de manera tan sólo aproximada. Esto es así porque el estado de las superficies no es perfecto (contaminación no uniforme de la superficie externa).

Los principios básicos que rigen al efecto fotoeléctrico son los siguientes (Física Moderna, 2007):

1.No hay emisión de electrones si la frecuencia de la luz incidente cae por debajo de la frecuencia umbral , que es característica del metal iluminado. u

2. El efecto se observa si la frecuencia de la luz excede la frecuencia umbral, y el número de fotoelectrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luz; sin embargo, la energía cinética máxima de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz, lo cual es posible explicar con los conceptos de la física clásica.

3. La energía cinética máxima de los fotoelectrones se incrementa con el aumento de la frecuencia de la luz.

4. Los electrones de la superficie se emiten casi de manera instantánea, incluso a bajas intensidades.

DESARROLLO Los pasos seguidos para realizar la práctica fueron los siguientes: 1. Se descargó y corrió la simulación ejs_efectofotoelectricoF.jar 2. Se modificaron los parámetros de la simulación para observar la relación entre el voltaje, la corriente y la longitud de la onda de la luz incidente. 3. Se encontró la frecuencia incidente máxima para la cual no se arrancan electrones del metal para poder identificar la función del trabajo del Sodio. 4. Se determinó la frecuencia máxima para la cual no se arrancan electrones del metal para determinar la función de trabajo del metal desconocido. 5. En base a la función de trabajo determinada para el metal desconocido se investigó en fuentes confiables la función de trabajo encontrada para determinar cuál es el metal desconocido. 6. Se investigó cual sería la tecnología utilizada para aprovechar los rayos solares en el espacio exterior.

OBTENCION DE DATOS

Frecuencia para la función de trabajo del sodio

Frecuencia de la función de trabajo del metal desconocido

a)Explica la relación entre el voltaje, la corriente y la longitud de onda de la luz incidente

Si la frecuencia de la fuente de luz es mayor a cierto valor los electrones son arrancados y forman una corriente, si esta es emitida a mayor frecuencia que la de la función del trabajo. Pero si los electrones arrancados son sujetos a cierto voltaje pueden ser detenidos y no alcanzar la placa, con lo que la corriente se detiene en el circuito.

b. Identifica la función de trabajo del Sodio.

Usando la ecuación y el dato de la frecuencia, se puede calcular la función de trabajo del Sodio.

K max= hy- Φ0=hy- ΦΦ=hyΦ=(4.14x10-15eV.s)(5.49x10s-1)Φ=2.2729eV

c. Explica cómo se relaciona la longitud de onda con la función de trabajo del metal sobre el que incide la luz.

Usando la ecuación y la relación entre la longitud de onda y la frecuencia

Λ=cy

Sustituyendo:

Kmax=hy- Φ

0=hcy

=-

Φ=hcy

d. Identifica la función de trabajo del metal desconocido

Usando la ecuación y el dato de la segunda imagen, se determina la función de trabajo del elemento desconocido.

0= hy - Φ

Φ= hy

Φ=(4.14x10)(5.07x10)

Φ=2.0990eV

ELEMENTO Y(S-1) Φ(Ev)SODIO 5.49x10 2.2729DESCONOCIDO (CESIO)

5.07x10 2.0990

Teniendo estos datos en cuenta se aproxima más que a cualquier otro al número del cesio por lo que se designa que este es el metal desconocido.

Resultado de la identificación del metal desconocido. El metal desconocido es el Cesio (Al redondear el resultado obtenido a una cifra significativa, ya que en la tabla de Vaxa Software se menciona que la función de trabajo del Cesio es 2.14 eV

Uso de los rayos del sol para producir energía eléctrica en el espacio exterior. Los paneles solares son los dispositivos para convertir la energía solar a energía eléctrica y son los que se utilizan en los satélites artificiales para recargar las baterías que les permiten operar en el espacio exterior.

CONCLUSION.

La ecuación que describe el efecto fotoeléctrico es lineal • Cada metal tiene su función de trabajo característica, la cual permite identificar de que metal se trata. • Gracias al efecto fotoeléctrico se puede convertir la energía luminosa en energía eléctrica que posteriormente puede ser aprovechada.

• Para arrancar electrones a un determinado metal se requiere una frecuencia mínima a partir de la cual todas las que sean mayores también arrancaran electrones al metal.